JP4390083B2 - 温度センサの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、感温素子を備える温度センサの製造方法に関するものである。

従来より、自動車の排気ガス浄化装置の触媒コンバータ内部や、排気管内等といった流路を流れる排気ガスの温度を、感温素子であるサーミスタ素子によって検出する、いわゆる排気温センサが知られている。

温度によって電気的特性が変化するサーミスタ素子は、有底筒状の金属カバー内に収納される。そして、金属カバーに覆われたサーミスタ素子の感熱応答性を高めるために、金属カバー内周面とシースピンの端面とで形成される空間に熱伝導性の良好な絶縁部材が充填され、排気ガスの熱を金属カバーで受熱した後、充填された絶縁部材を介してサーミスタ素子へと熱が伝達される。温度によって電気的特性が変化する該サーミスタ素子が発する電気信号は、電極線を経て制御装置に伝えられ、温度が検出される。

また、このような温度センサは、例えば、特開２００４−３１７４９９号公報に開示されている。特に、特開２００４−３１７４９９号公報に記載のものは、縮径した金属カバー先端にサーミスタ素子を収納する。これにより、金属カバー内周とサーミスタ素子との距離を縮めて応答性を高めるものである。

また、この温度センサは、絶縁部材とシースピン端面とが接することのないように、絶縁部材とシースピン端面との間に空隙が設けられている。
特開２００４−３１７４９９号公報

ところが、絶縁部材とシースピン端面との間に設けられた空隙が存在することで、温度センサが振動した時、サーミスタ素子が金属カバーの内周面と接触し、サーミスタ素子の破損につながることが分かった。

上述した事態を回避し、温度センサの耐振動性を十分に確保するため、具体的には、サーミスタ素子が収納される空間を絶縁部材で隈なく塞ぐことが知られている。

しかし、温度センサの製造工程において、絶縁部材の供給量のバラつきにより、金属カバー内に空隙が発生することがあり、量産時に、耐振動性の不十分な温度センサが製造されることがある。

本発明は、かかる事情に鑑み、製造工程における絶縁部材の供給量のバラつきに拘わらず、一様に、十分な耐振動性を有する温度センサを量産するための製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、先端側が閉塞した有底筒状のカバーと、カバーの先端側内部に収納され、温度によって電気的特性が変化する感温素子と、感温素子に一端が接続され、感温素子の電気信号を取り出す一対の電極線と、電極線の他端に接続されて電気信号を伝達する一対の導線と、導線を内側に絶縁保持するとともに、カバーの開口端から内挿して、カバーの基端側に、先端部分が嵌合するシース部材と、カバーの内周面とシース部材の端面とで形成される空間に充填される絶縁部材とを備える温度センサの製造方法であって、シース部材の先端側の端面から所定距離だけ離間したシース部材の外周面に、凹部を設ける第１工程と、カバーの内側に所定量の絶縁部材を供給する第２工程と、凹部を覆うように、シース部材をカバーに嵌合することにより形成される、凹部の外周面とカバーの内周面との間の隙間に、空間から充溢する絶縁部材を充溢することなく収容する第３工程と、凹部よりも基端側で重合するシース部材の外周面とカバーとを接合するとともに、凹部よりも先端側で重合するシース部材の外周面とカバーとを封着する第４工程とを備えることを特徴とする温度センサの製造方法である。

この製造方法により、前記空間から充溢する量の絶縁部材を供給することで、たとえ量産時に、絶縁部材の供給量のバラつきが発生したとしても、前記空間に空隙が発生することはなく、前記空間を絶縁部材で隈なく充填することができる。よって、感温素子がカバーと接触することはなく、感温素子が物理的な要因で破損することが防止される。また、前記空間から充溢した絶縁部材を、前記隙間に収納することができるため、絶縁部材が前記カバーから溢れ出すことがない。

以下、本発明を具体化した排気温センサ１００（温度センサ）の実施形態について、図面を参照して説明する。この排気温センサ１００は、車両用エンジンから排出される排気ガスの温度を検出するセンサとして適用したものであり、例えば、自動車の排気管に取り付けられるものである。

図１に示すように、排気温センサ１００は、感温部１０及びケース部２０で構成されるものである。なお、図１において下方を先端側、上方を基端側として、以下、本実施形態の排気温センサ１００の構造を説明する。なお、特許請求の範囲に記載した先端側も上記の定義と符合する。

上述の感温部１０は、排気ガスに曝されて排気温度を感知する。

図１のＡ部の拡大図である図２に示すように、感温部１０は、主として、排気温度を感知する感温素子であるサーミスタ素子１０１、サーミスタ素子１０１が発する電気信号を基端側に伝達する一対の電極線１０２、導線である一対のシースピン芯線１０３、及びサーミスタ素子１０１を保護する感温部カバー１０４から成る。電極線１０２の基端側は、シースピン芯線１０３とレーザー溶接、または抵抗溶接によって接合される。

本実施形態においては、電極線１０２は白金よりなる材料を用い、シースピン芯線１０３にはステンレスを用いた。

カバーに相当する感温部カバー１０４は、ステンレス鋼板に深絞り加工を施すことによって、有底筒状となるように成形した。更には感温部カバー１０４の先端側が、基端側よりも小径となる、段付き筒状をなしている。この感温部カバー１０４の閉塞する先端側で、相対的に小径となる部分の内側に、Ｃｒ−Ｍｎを主成分とする半導体材料等よりなる焼結成形体であるサーミスタ素子１０１を収納している。感温部カバー１０４の小径部に、サーミスタ素子１０１を収納することで、排気ガスの温度を直接受熱する感温部カバー１０４とサーミスタ素子１０１とが近接するために、感温部カバー１０４からサーミスタ素子１０１までの熱伝導による熱損失が抑制される。

また、感温部カバー１０４の基端側の開口部には、円筒状のシースピン１０５の一端が圧入により嵌合される。このシース部材に相当するシースピン１０５は、内側にシースピン芯線１０３を収容し、絶縁、保護する。なお、シースピン１０５の内側には、電気絶縁性を有するマグネシア等の粉末を充填した後に、シースピン１０５を絞り加工することで、形成された圧粉体１０６が内在している。この圧粉体１０６によって、円筒状のシースピン１０５の両端面は、閉口したものとなり、シースピン１０５の内側に異物が侵入することはない。

感温部カバー１０４とシースピン１０５とが重合する部分におけるシースピン１０５の外周面には、加締めにより縮径された凹部１０８が設けられる。

また、該シースピン１０５の凹部１０８よりも基端側には、感温部カバー１０４とシースピン１０５とが、レーザー溶接等により溶接される、溶接部１０９がある。

感温部カバー１０４の内周面とシースピン１０５の先端側の端面とで構成される空間には、アルミナ等よりなる絶縁部材１０７が充填される。なお、当該空間を以下、第１収容部１とし、凹部１０８の外周面と感温部カバー１０４内周面とで形成される隙間を以下、第２収容部２とする。

また、上述した感温部１０は、シースピン１０５を介してケース部２０を構成するリブ２０１に接続され、リブ２０１はプロテクションチューブ２０２に固定される。また、感温部１０は、シースピン芯線１０３を通じてケース部２０を構成するリード線２０３と、電気的に接続される。

以上、説明した排気温センサ１００は、サーミスタ素子１０１が発する排気温信号を、リード線２０３を介して、図示しない外部回路（例えば、ＥＣＵ）へ送出し、排気ガスの温度が検出される。

本件発明の主たる特徴部分は、感温部カバー１０４とシースピン１０５とが重合する部分に、第２収容部２を設けたことにある。以下、この特徴部分の構造及び製造方法について述べる。

まず、本実施形態において、第１収容部１の容量をＶ１、第２収容部２の容量をＶ２としたときに、容量比Ｖ１：Ｖ２が、１：０．２となるように、シースピン１０５の一部を縮径した。

本実施形態における排気温センサ１００は、以下のようにして製造される。

第１工程として、図３に示すように、加締め工具４００を用いて、シースピン１０５の先端部分を、その外側から加締める。そして、図４、図５に示すようにして、シースピン１０５の外周を均一に縮径し、シースピン１０５に凹部１０８を設ける。

その後、第２工程では、図６に示すように、有底筒状の感温部カバー１０４の開口部からスラリー状の絶縁部材１０７をディスペンサーニードル３００で注入する。ここで、スラリーとは、粉末流体の意であり、本実施形態におけるスラリー状の絶縁部材１０７とは、アルミナに純水、および粘度を調整する分散剤を加えて略泥状にしたものである。

また、前記ディスペンサーニードル３００から注入される絶縁部材１０７の注入量Ｖ３は、第１収容部１の容量Ｖ１の１１０％とし、Ｖ１の±５％を公差として定めた。これにより、絶縁部材１０７の注入量のバラつきにかかわらず、常に第１収容部１は絶縁部材１０７で隈なく充填される。

図７に示す第３工程は、スラリー状の絶縁部材１０７が注入された感温部カバー１０４内周に、サーミスタ素子１０１、電極線１０２、シースピン芯線１０３を、感温部カバー１０４内周に接することのないように挿入すると同時に、凹部１０８を有するシースピン１０５を感温部カバー１０４の開口部から、先端側に向けて圧入し、シースピン１０５を感温部カバー１０４に嵌合する。このとき、感温部カバー１０４の内周面とシースピン１０５の端面とで第１収容部１が形成されると同時に、この第１収容部１は、スラリー状の絶縁部材１０７で完全に満たされる。

さらには、シースピン１０５に設けられた凹部１０８は、感温部カバー１０４によって完全に覆われる。これによって、第２収容部２が、凹部１０８の外周面と感温部カバー１０４の内周面との間に形成される。そして、絶縁部材１０７の注入量Ｖ３から第１収容部１の容量Ｖ１を減じた分の絶縁部材１０７は、嵌合したシースピン１０５の外周と感温部カバー１０４の内周との間の間隙１１０を通って、基端側にある第２収容部２に収容される。

第４工程では、感温部カバー１０４に内側に注入されたスラリー状の絶縁部材１０７を高温で乾燥させて、絶縁部材１０７を粉末状にする。このとき、絶縁部材１０７に含まれた水分は、間隙１１０を通って大気中へ蒸発する。粉末状となった絶縁部材１０７は、スラリー状の絶縁部材１０７と略同等の体積となるため、第１収容部１に空隙は発生しない。

続いて、図８に示すように、第２収容部２よりも先端側に位置する部分で、且つシースピン１０５と感温部カバー１０４とが重合する部分を、加締め工具４００で圧着する。これにより、感温部カバー１０４に圧入されたシースピン１０５の外周面と感温部カバー１０４の内周面との間に存在する間隙１１０が、粉末状の絶縁部材１０７の粒子径に比べて十分小さいものとなる。したがって、排気温センサ１００が受ける振動によって、第１収容部１に充填された粉末状の絶縁部材１０７の粒子が、間隙１１０を通って第２収容部２に移動することを防止できる。

また、第４工程において、凹部１０８よりも基端側で、且つ感温部カバー１０４の内周面とシースピン１０５の外周面とが重合する部分を、レーザー溶接等により固定することが好ましい。

最後に熱処理を施すことによって、粉末状の絶縁部材１０７を焼成して、感温部１０を完成させた。

以上が、本実施形態における感温部１０の製造方法であるが、本実施形態のように、シースピン１０５の外周面を加締めることによって、シースピン１０５を均一に縮径するのではなく、図９に示すように、局部的に押圧することにより、ディンプル（小さな窪み）状の第２収容部２及び第３収容部３を設けても良い。しかし、この場合も、第２収容部２の容量と第３収容部３の容量の総和が、第１収容部１の容量の５０％以内に収まることを妨げない。

また、上記変形例において、シースピン１０５の外周面に凹部１０８を２ヵ所形成する場合、図１０に示すように、一対のシースピン芯線１０３を含む平面に対して垂直な方向から加圧することが好ましい。つまり、当該方向から加圧することにより、シースピン１０５の変形に伴う圧粉体１０６の歪みが、一対のシースピン芯線１０３が対向する間隔に及ぼす影響は少ない。よって、シースピン芯線１０３同士が近接しないため、絶縁破壊が起こりにくい。

排気温センサの全体図である。 図１中のＡ部拡大図である。 第１工程を表す模式図である。 図３中のＢ−Ｂ断面図である。 図３中のＣ−Ｃ断面図である。 第２工程を表す模式図である。 第３工程を表す模式図である。 第４工程を表す模式図である。 図２の変形例を示す図である（図１の紙面に対して垂直方向に断面）。 図７中のＤ−Ｄ断面図である。

符号の説明

１…第１収容部
２…第２収容部
３…第３収容部
１０…感温部
２０…ケース部
１００…排気温センサ（温度センサ）
１０１…サーミスタ素子（感温素子）
１０２…電極線
１０３…シースピン芯線（導線）
１０４…感温部カバー（カバー）
１０５…シースピン（シース部材）
１０６…圧粉体
１０７…絶縁部材
１０８…凹部
１０９…溶接部
１１０…間隙
２０１…リブ
２０２…プロテクションチューブ
２０３…リード線
３００…ディスペンサーニードル
４００…加締め工具

Claims (1)

1. 先端側が閉塞した有底筒状のカバーと、
   前記カバーの先端側内部に収納され、温度によって電気的特性が変化する感温素子と、
   前記感温素子に一端が接続され、前記感温素子の電気信号を取り出す一対の電極線と、
   前記電極線の他端に接続されて前記電気信号を伝達する一対の導線と、
   前記導線を内側に絶縁保持するとともに、前記カバーの開口端から内挿して、前記カバーの基端側に、先端部分が嵌合するシース部材と、
   前記カバーの内周面と前記シース部材の端面とで形成される空間に充填される絶縁部材と
   を備える温度センサの製造方法であって、
   前記シース部材の先端側の端面から所定距離だけ離間した前記シース部材の外周面に、凹部を設ける第１工程と、
   前記カバーの内側に所定量の絶縁部材を供給する第２工程と、
   前記凹部を覆うように、前記シース部材を前記カバーに嵌合することにより形成される、前記凹部の外周面と前記カバーの内周面との間の隙間に、前記空間から充溢する前記絶縁部材を充溢することなく収容する第３工程と、
   前記凹部よりも基端側で重合する前記シース部材の外周面と前記カバーとを接合するとともに、前記凹部よりも先端側で重合する前記シース部材の外周面と前記カバーとを封着する第４工程と
   を備えることを特徴とする温度センサの製造方法。

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